(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
該筐体に対して一の方向に移動することが可能に取り付けてある接触子とを有し、前記接触子の変位を測定する接触式変位計において、
発光素子と、
該発光素子から発せられた光を受光する受光素子が第１の配列ピッチで配列されたラインセンサと、
前記発光素子から前記ラインセンサに至る光路上に設けられ、前記一の方向に一列に配列された基準透光部、該基準透光部に隣接する遮光部分、及び前記基準透光部間に前記一の方向に略等間隔の透光部と遮光部とが前記第１の配列ピッチとは異なる第２の配列ピッチで交互に配列された格子部を有し、前記接触子と共に前記一の方向に移動する移動スケールとを備え、
前記基準透光部は、隣接する基準透光部間の距離が、前記移動スケール内で一意の値を有しており、
前記基準透光部を通過した光の受光信号が極大値となる前記基準透光部のピーク位置を検出する検出手段と、
該検出手段により検出された隣接する前記ピーク位置間の距離に基づいて、前記基準透光部の絶対位置を特定する第１の特定手段と、
前記格子部を通過した光の受光信号に基づいて、前記基準透光部の前記ラインセンサに対する相対位置を特定する第２の特定手段と、
前記第１の特定手段により特定された絶対位置及び前記第２の特定手段により特定された相対位置に基づいて、前記接触子の変位を算出する変位算出手段と
を備え、
前記移動スケール内で一意の値の変化単位が前記基準透光部を通過した光の受光信号のまたがり幅よりも小さいことを特徴とする接触式変位計。
【請求項２】
連続する２つの前記受光素子のうち、いずれか一方が常に前記透光部を通過する光の少なくとも一部を受光するよう、前記格子部の第２の配列ピッチと前記受光素子の第１の配列ピッチとの関係が設定されており、
前記第２の特定手段は、
前記格子部を通過した光の受光信号に基づいて、前記第２の配列ピッチで配列された前記格子部全体を一周期とする位相信号を検出する位相検出手段と、
該位相検出手段により検出された隣接する前記格子部の位相信号に基づいて、前記基準透光部の前記ラインセンサに対する相対位置を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載の接触式変位計。
【請求項３】
前記位相検出手段は、前記受光信号に含まれる少なくとも半周期分以上の包絡線の波形を抽出し、前記包絡線の波形に基づいて前記格子部を通過する光の位相信号を求めることを特徴とする請求項２記載の接触式変位計。
【請求項４】
前記移動スケールから前記ラインセンサに至る光路上に、前記一の方向に透光部と遮光部とが交互に略等間隔に配列された固定スケールが設けられていることを特徴とする請求項１記載の接触式変位計。
【請求項５】
前記ラインセンサにおいて前記受光素子同士が互いに離間して配列されていることを特徴とする請求項１記載の接触式変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触式変位計に関し、特に、内蔵するスケールの相対変位をラインセンサで読み取る光学式のアブソリュート型の接触式変位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
接触式変位計は、筐体に対して移動することが可能に取り付けられた接触子を備え、測定対象物に接触子を接触させ、筐体に内蔵された検出器で筐体に対する接触子の相対変位を測定することにより、測定対象物の変位を測定する。筐体に内蔵された検出器としては、磁石と差動トランスとで構成されるもの、所定のパターンが形成されたスケールとスケールを読み取るための静電容量、磁気、光等のセンサとで構成されるもの等がある。
【０００３】
これらの接触式変位計の中でも、光を利用してスケールに形成されたパターンを読み取る接触式変位計は、パターンの機械的な形成精度を向上させることで、比較的容易に高精度な変位計を実現することができる。
【０００４】
しかしながら、接触式変位計は装置に取り付けられる用途が多いため小型化の要請が強く、発光素子、受光素子等の大きさの制約から、筐体に内蔵された光学検出器は、一般にスケールパターンをカウントする、いわゆるインクリメンタル型として構成されている。
【０００５】
一方、スケールの相対変位をラインセンサで読み取る光学式の絶対位置測長装置として、例えば特許文献１には、絶対位置情報を付与する絶対位置パターンと精密光学格子とを有する移動格子手段に対して発光手段が発光する光を照射し、所定の間隔で配列された受光素子において受光した出力を解析することにより、絶対位置を求めることができる測長装置が開示されている。
【０００６】
特許文献１に開示されている絶対位置測長装置は、絶対位置パターンを用いて、まず粗絶対位置を特定する。そして、精密光学格子を通過した光による出力信号に基づいて相対位置を算出して、粗絶対位置と加減算することにより精密絶対位置を求めている。
【特許文献１】特開２０００−２４１１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インクリメンタル型の光学検出器を内蔵する接触式変位計は、小型化の要請、高精度化の要請等には対応することができる。しかし、例えば接触子を急峻に移動させた場合には、スケールパターンのカウント抜けが発生し、正しい測定結果を得ることができないという問題点があった。
【０００８】
一方、接触子の絶対位置を光学的に測定するためには、接触子と共に移動する移動格子手段の絶対位置情報を確実に読み取る必要がある。特許文献１に開示されている絶対位置測長装置のように、受光素子での受光信号の差異によって絶対位置を算出する場合、絶対位置パターン及び精密光学格子に対して精緻な平行光を照射する必要がある。
【０００９】
しかし、光源から照射される光を厳密な平行光とすることは困難であり、また厳密な平行光を生成することができた場合であっても、パターンの遮光部と透光部との境界エッジ部分で不要な反射が生じたり、イメージセンサにおいて隣接画素への漏れ光（又は漏れ電荷）等が生じるため、特許文献１に開示されるような理想的な受光波形を得ることは困難である。そのため、受光素子での受光信号に種々の光学的なノイズが加わり、絶対位置パターン及び精密光学格子を通過した光の受光信号だけからは絶対位置情報の読取が困難となり、十分な測定精度が確保できないという問題点があった。
【００１０】
特に特開平５−３４６３３０号公報に示されるようなフーリエイメージ型にする場合には、微細な絶対位置パターン及び精密光学格子を通過した光に対して回折現象が生じるため、特許文献１に開示されるような理想的な受光波形を得ることは困難である。そのため、受光素子での受光信号に種々の光学的なノイズが加わり、絶対位置パターン及び精密光学格子を通過した光の受光信号だけからは絶対位置情報の読取が困難となり、十分な測定精度が確保できないという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、接触子の移動速度が速い場合であっても、正確な変位測定を行うことができ、光学的なノイズに耐性の高い接触式変位計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために第１発明に係る接触式変位計は、筐体と、該筐体に対して一の方向に移動することが可能に取り付けてある接触子とを有し、前記接触子の変位を測定する接触式変位計において、発光素子と、該発光素子から発せられた光を受光する受光素子が第１の配列ピッチで配列されたラインセンサと、前記発光素子から前記ラインセンサに至る光路上に設けられ、前記一の方向に一列に配列された基準透光部、該基準透光部に隣接する遮光部分、及び前記基準透光部間に前記一の方向に略等間隔の透光部と遮光部とが前記第１の配列ピッチとは異なる第２の配列ピッチで交互に配列された格子部を有し、前記接触子と共に前記一の方向に移動する移動スケールとを備え、前記基準透光部は、隣接する基準透光部間の距離が、前記移動スケール内で一意の値を有しており、前記基準透光部を通過した光の受光信号が極大値となる前記基準透光部のピーク位置を検出する検出手段と、該検出手段により検出された隣接する前記ピーク位置間の距離に基づいて、前記基準透光部の絶対位置を特定する第１の特定手段と、前記格子部を通過した光の受光信号に基づいて、前記基準透光部の前記ラインセンサに対する相対位置を特定する第２の特定手段と、前記第１の特定手段により特定された絶対位置及び前記第２の特定手段により特定された相対位置に基づいて、前記接触子の変位を算出する変位算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第１発明では、隣接する基準透光部間の距離が、移動スケール内で互いに一意の値を有している。そして、基準透光部間の距離を、基準透光部を通過した光の受光信号であるスタートビットに相当する受光信号のピーク位置間の距離として検出することにより、基準透光部の絶対位置を特定する。スタートビットに相当する受光信号は一のピーク値を有する急峻なパルス信号であるため極大値となる位置を容易に検出することができ、外部ノイズの影響を受けることなく検出することができる。したがって、スタートビット間の距離を正確に検出することで、検出されたスタートビットの絶対位置を特定することができ、接触子を速い速度で移動させた場合であっても絶対位置を確実に読み取ることが可能となる。
【００１４】
なお、「ピーク位置」とは、スタートビットに相当する受光信号が極大値となる基準透光部の絶対位置又は基準透光部の絶対位置と一意に変換可能な座標値を意味しており、「一意に」とは、他に同一の値が存在せず、唯一であることを意味する。
【００１５】
また、第２発明に係る接触式変位計は、第１発明において、連続する２つの前記受光素子のうち、いずれか一方が常に前記透光部を通過する光の少なくとも一部を受光するよう、前記格子部の第２の配列ピッチと前記受光素子の第１の配列ピッチとの関係が設定されており、前記第２の特定手段は、前記格子部を通過した光の受光信号に基づいて、前記第２の配列ピッチで配列された前記格子部全体を一周期とする位相信号を検出する位相検出手段と、該位相検出手段により検出された隣接する前記格子部の位相信号に基づいて、前記基準透光部の前記ラインセンサに対する相対位置を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
第２発明では、格子部を通過した光の受光信号に基づいて、第２の配列ピッチで配列された格子部全体を一周期とする位相信号を求め、基準透光部のラインセンサに対する相対位置を算出する。すなわちピッチの異なる２つのスケールを用いることにより、スタートビットに相当する受光信号のピーク位置間の距離に基づいて定まった絶対位置に加えて、より詳細な相対位置を正確に特定することができる。
【００１７】
また、第３発明に係る接触式変位計は、第２発明において、前記位相検出手段は、前記受光信号に含まれる少なくとも半周期分以上の包絡線の波形を抽出し、前記包絡線の波形に基づいて前記格子部を通過する受光信号の位相信号を求めることを特徴とする。
【００１８】
第３発明では、受光信号に含まれる少なくとも半周期分以上の包絡線の波形に基づいて、例えば抽出した波形の区分において離散フーリエ変換することにより位相信号を求めることができ、ノイズが含まれていた場合であってもノイズが少ない部分を用いて確実に相対位置を求めることができる。
【００１９】
また、第４発明に係る接触式変位計は、第１発明において、前記移動スケールから前記ラインセンサに至る光路上に、前記一の方向に透光部と遮光部とが交互に略等間隔に配列された固定スケールが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
第４発明では、移動スケールとは別に、透光部と遮光部とが交互に略等間隔に配列された固定スケールが設けられていることから、受光素子をマスキングしたのと同様の状態とすることができ、隣接する受光素子の受光信号の位相を異なる（略１８０度反転する）ようにし、１個おきの受光素子の受光信号の位相を同じにすることで、桁上がり補正を確実に行うことが可能となる。
【００２１】
また、第５発明に係る接触式変位計は、第１発明において、前記ラインセンサにおいて前記受光素子同士が互いに離間して配列されていることを特徴とする。
【００２２】
第５発明では、ラインセンサを構成する受光素子同士が互いに離間して配列されていることによって、ラインセンサに周期的な受光不感帯が形成される。したがって、第４発明と同様に、受光素子をマスキングしたのと同様の状態とすることができ、隣接する受光素子の受光信号の位相を異なる（略１８０度反転する）ようにし、１個おきの受光素子の受光信号の位相を同じにすることで、桁上がり補正を確実に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
上記構成によれば、スタートビットに相当する受光信号は一のピーク値を有する急峻なパルス信号であるため極大点を容易に検出することができ、外部ノイズの影響を受けることなく検出することができる。したがって、スタートビット間の距離を正確に検出することで、検出されたスタートビットの絶対位置を特定することができ、接触子を速い速度で移動させた場合であっても絶対位置を確実に読み取ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施の形態の説明で参照する図面を通じて、同一又は同様の構成又は機能を有する要素については、同一又は同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る接触式変位計の構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る接触式変位計１０は、筐体１１の内部に、所定の方向に移動することが可能な接触子１２を備えている。筐体１１は略直方体形状を有し、その大きさは、長さ×幅×高さが略６０ｍｍ×３０ｍｍ×１５ｍｍであり、筐体１１に対する長さ方向の接触子１２の相対変位を測定する。
【００２６】
接触子１２は、筐体１１に対しボールベアリング等を介して所定の方向に直線的に移動自在に取り付けられている。接触子１２と筐体１１との間には、接触子１２を突出方向に付勢する図示しないバネ等の弾性体が設けられている。発光素子１４はＬＥＤやＬＤ等の光源であり、発光素子１４から発せられた光はコリメータレンズ１５を通過することによって略平行光となってラインセンサ１３に照射される。発光素子１４及びコリメータレンズ１５からなる光学機構は、斯かる構成に限定されるものではなく、ラインセンサ１３に対して幅広な平行光を誘導することができる機構であれば何でも良い。
【００２７】
例えば、大口径で焦点距離の長いコリメータレンズ１５のみで幅広な平行光を生成するのではなく、小口径で焦点距離の短いコリメータレンズで小径の平行光を生成し、生成された平行光をプリズムの一つの平面に対し斜めに入射することで、所定方向のみが幅広となった平行光を生成しても良い。平行光が出射するプリズムの平面は、当該出射する平行光に対して略直交するよう形成されている。また、幅広な平行光は、光強度分布が均一であることが好ましく、このため発光素子１４とコリメータレンズ１５との間に図示しない遮光部材を設け、発光素子１４から発光される光のうち、光強度分布が均一とみなせる範囲の光のみを透過し、他を遮光するように構成しても良い。
【００２８】
ラインセンサ１３は、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ等の受光素子が所定の間隔で配列されたイメージセンサである。ラインセンサ１３を構成する複数の受光素子は、幅広な平行光の幅広方向に沿って配列される。移動スケール１６には光を透過・遮光することによる所定のパターンが形成されている。移動スケール１６は、接触子１２に接続されており、接触子１２が移動可能な方向に沿って所定のパターンが配列されている。
【００２９】
さらに、移動スケール１６の所定パターンは、幅広の平行光の幅広方向に沿って配列されており、その所定のパターンの一部が幅広の平行光が形成する光路上に配置されるように構成されている。つまり、移動スケール１６は幅広な平行光を生成する光学機構とラインセンサ１３との間に、平行光の幅広方向に沿って移動可能に配置される。ラインセンサ１３は、移動スケール１６に対し接しない程度に密着して取り付けられても良く、また、後述するようにフーリエイメージ面に配置されても良い。
【００３０】
本実施の形態１に係る接触式変位計は、移動スケール１６を用いて接触子１２の停止位置を読み取り、基準位置からの相対変位を測定する。すなわち相対変位の測定時には、まず接触子１２が筐体１１から最大長引き出された状態を基準位置とし、接触子１２が基準位置にある状態で接触子１２を測定対象物に接触させ、そのまま押し込んで接触子１２の相対変位を求める。
【００３１】
制御回路１７は、ＣＰＵ１７ａ、メモリ１７ｂ、入出力インタフェース１７ｃ等を備え、互いに内部バスにより接続されている。制御回路１７は、発光素子１４、操作部１８及び表示部１９にも接続されている。ＣＰＵ１７ａは、一定のサンプリング間隔ごとに測定値を取得し、メモリ１７ｂに記憶されている種々の情報に基づいて適切な補正を実行し、補正された測定値を表示部１９に表示する。入出力インタフェース１７ｃは、制御出力、アナログ出力、ＢＣＤ出力等を出力することが可能な外部入出力ポートである。
【００３２】
本発明の実施の形態１に係る接触式変位計では、スタートビットを示すパルス波形（以下、単パルス波形という）に基づいてスタートビットの位置を特定し、バーニアの読み取り値と併せて相対変位を測定する。図２は、スタートビットの位置とラインセンサ１３の受光素子との位置関係を示す模式図である。図２では、説明を簡単にするためにバーニアは表記しておらず、スタートビット１個の場合について説明する。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、ラインセンサ１３は、受光素子が配列ピッチｐ１で例えば番号０〜１０まで配列されている。図２（ｂ）に示すように、移動スケール１６の基準透光部２０が受光素子の１番目に位置している場合、配列ピッチｐ１を２５．０μｍとするとき、測定値として２５．０μｍが出力される。また、図２（ｃ）に示すように、移動スケール１６の基準透光部２０が受光素子の４番目に位置している場合、配列ピッチｐ１が２５．０μｍであり、バーニアの読み取り値が０．０μｍであった場合には、測定値として４×２５．０＋０．０＝１００．０μｍが出力される。
【００３４】
また、図２（ｄ）において、バーニアの読み取り値が６．０μｍであった場合には、スタートビットの位置が受光素子の４番目にあることから、受光素子の４番目に対応する変位量１００．０μｍに６．０μｍを加算して、測定値１０６．０μｍが出力される。
【００３５】
図２（ｅ）に示すように、スタートビットがラインセンサ１３の受光素子の４番目と５番目との間に位置する場合、スタートビットがいずれの受光素子の上に位置しているかの判断は、補間する方法、電気的ノイズの有無、受光素子の感度の不均一性等により判断結果が一致しない。例えばバーニアの読み取り値が−１２．３μｍであった場合、スタートビットの位置が受光素子の４番目に位置すると判断した場合には、受光素子の４番目に対応する変位量１００μｍに−１２．３μｍを加算して、測定値８７．７μｍが出力される。一方、スタートビットの位置が受光素子の５番目に位置すると判断した場合には、受光素子の５番目に対応する変位量１２５μｍに−１２．３μｍを加算して、測定値１１２．７μｍが出力される。したがって、測定値が１配列ピッチ分ばらつくおそれがあった。
【００３６】
そこで、本実施の形態１では、奇数番目の受光素子と偶数番目の受光素子との２つを用いて補正する。図３は、奇数番目の受光素子及び偶数番目の受光素子を用いるバーニア読み替えの原理の説明図である。
【００３７】
図３では、受光素子の配列ピッチｐ１を２５．０μｍとし、サブピクセル補間を実行する。移動スケール１６の基準透光部２０が受光素子の４番目に位置している場合、配列ピッチｐ１が２５．０μｍであることから、測定値として４×２５．０＝１００．０μｍが出力される。
【００３８】
一方、スタートビットが偶数番目の受光素子（ここでは受光素子の４番目）側に位置すると判別した場合、測定値としてとりうる値は１００μｍ〜１１２．５μｍとなる。したがって、バーニアの読み取り値は０μｍ〜１２．５μｍの範囲となるはずである。
【００３９】
この場合に、バーニアの読み取り値が−１２．５μｍ近傍であるときには、本来スタートビットは受光素子の５番目に位置していると推定することができる。したがって、バーニアの読み取り値を−１２．５μｍ〜１２．５μｍではなく、以下のような読み替えを実行する。
【００４０】
スタートビットが、偶数番目の受光素子側に位置すると判定した場合、−１２．５μｍ〜−１１．２５μｍを１２．５μｍ〜１３．７５μｍと読み替え、−１１．２５μｍ〜１３．７５μｍの補正を実行する。一方、スタートビットが、奇数番目の受光素子側に位置すると判定した場合、１１．２５μｍ〜１２．５μｍを−１３．７５μｍ〜−１２．５μｍと読み替え、−１３．７５μｍ〜１１．２５μｍの補正を実行する。
【００４１】
このようにバーニアの読み取り値を、配列ピッチよりも短いピッチ（本実施の形態１では２０分の１ピッチ）分だけシフトさせて読み替えることにより、受光素子の境界近傍で桁上がりが生じることを回避することができ、１ピッチ分測定値がばらつくことを未然に防止することができる。
【００４２】
図４は、本発明の実施の形態１に係る接触式変位計１０の移動スケール１６の基準透光部２０の配列の例示図である。移動スケール１６は、発光素子１４から発せられた光を選択的に通過させる略同一幅ｄのスリット状の基準透光部２０、２０、・・・が接触子１２の移動方向に一列に配列されている。基準透光部２０の両側には所定の遮光部が配されており、基準透光部２０、２０の間には、同形同大の透光部及び遮光部が等しい配列ピッチで配列された格子部２１、２１、・・・を備え、格子部２１、２１、・・・は両端部に遮光部２２、２２、・・・を備える。図４では、格子部２１を左端から２１ａ〜２１ｅとし、遮光部２２を左端から２２ａ〜２２ｅとしている。なお、移動スケール１６において、基準透光部２０及び格子部２１の透光部以外の部分は遮光部である。
【００４３】
ラインセンサ１３を構成する受光素子の配列ピッチｐ１と、格子部２１における透光部及び遮光部の配列ピッチｐ２との関係は、いわゆるノギスの「メインスケール」と「バーニア」との関係となっている。すなわち、格子部２１は受光素子の配列ピッチｐ１以下の分解能を実現するために基準透光部２０、２０間に設けらている。
【００４４】
各基準透光部２０は、隣接する基準透光部２０との間の距離が移動スケール１６内にて互いに一意の値を有するよう配列されている。例えば、図４における基準透光部２０を左端から２０ａ〜２０ｅとすると、互いに隣接する基準透光部間の距離ｓは全て一意の値ｓ１〜ｓ６を有している。また、各基準透光部２０の幅ｄは、発光素子１４から発せられる光の波長に対して十分に大きく、隣接する基準透光部２０、２０間で干渉等が生じないようになっている。
【００４５】
図５は、一つの基準透光部２０及び格子部２１の透光部を通過した光のラインセンサ１３における受光信号の例示図である。図５に示すように、受光信号は、まず単一のピーク値を有する単パルス波形が検出され、続いて信号値が激しく振幅する波形を検出する。信号値が激しく振幅する波形となるのは、透光部と遮光部とが所定の配列ピッチで交互に配列された格子部２１に平行光が照射される場合、格子部２１を通過した後の平行光は、回折の影響で格子部２１からの距離に応じた光強度分布（格子部２１に形成されたパターンとの相関度合い）の強弱が発生するためである。
【００４６】
フーリエイメージ面と呼ばれる、格子部２１から距離が所定の距離となる位置では、大きな光強度振幅を有する格子部２１に形成されたパターンに対応した光像が形成される。フーリエイメージ面は、格子部２１からの距離をＲ、隣接透光部間のピッチをｄ、平行光の波長をλとすると、Ｒ＝ｎｄ２／λ（ｎ＝１、２、・・・）で表わされる距離に形成される面である。ラインセンサ１３は、移動スケール１６上に形成された格子部２１に対してフーリエイメージ面が形成される位置に対応して配置されている。
【００４７】
図６は、スタートビットに相当する単パルス波形近傍を拡大した波形図である。図６に示すように、単パルス波形は基準透光部２０を透過した光の受光信号であり、単パルス波形に続く受光信号が包絡線の内側で激しく振幅する波形が、格子部２１の透光部を透過した光の受光信号である。基準透光部２０の幅は、単パルス波形が十分な幅と光強度をもって形成されるよう設定されており、図６を参照すると、単パルス波形は受光素子７〜８個分に相当しており、光強度は、格子部２１に対応する波形と同程度の強度となっている。
【００４８】
また、格子部２１に対応する受光信号は、回折等の影響により急峻に立ち下がらず、受光素子略７〜８個にまたがって緩やかに減少している。このように、基準透光部２０と隣接する格子部２１との間には、単パルス波形が隣接する格子部２１の対応波形と干渉しないように所定の遮光マージンが設定されている。このため単パルス波形を容易に捕捉することができ、光学的なノイズにも強いため、スタートビットの存在を確実に検出することができる。
【００４９】
また、単パルス波形が十分な幅を有することで、電気的なノイズによる単パルス波形の誤認識を防ぐことができる。例えば、格子部２１の透光部及び遮光部が交互に存在することによる受光波形の弱・強・弱・強・弱のパターンのうち、中央の「弱」受光波形に電気的ノイズが重畳した場合、弱・中・強・中・弱のパターンと認識され、受光素子３個分にまたがる単パルス波形と誤認されるおそれがある。そこで、受光素子５個分以上にまたがる波形を単パルス波形として抽出するように設定しておくことで、電気的なノイズによる単パルス波形の誤認識を未然に防ぐことができる。
【００５０】
基準透光部２０を透過した光の受光信号の極大値を示す位置をピーク位置として検出し、基準透光部２０、２０間の距離算出の基礎とする。ピーク位置は、例えば単パルス波形として認識できた波形の中から受光量が極大値となる受光素子を特定し、特定された受光素子の位置をピーク位置として検出しても良いし、単パルス波形として認識できた波形の中から所定数の受光素子を選択し、選択された受光素子の受光量を用いて２次補間等の所定の関数による補間によりピーク波形を再現し、再現されたピーク波形で輝度値が極大値となる位置をサブピクセル単位で算出することでピーク位置を検出しても良い。
【００５１】
図５に戻って、破線で示すように、格子部２１の透光部を透過した光の受光信号（以下、バーニア波形という）の中央部の約半周期分あるいは約一周期分の受光信号の包絡線を抽出し、離散フーリエ変換することにより位相信号を求めることができる。すなわち隣接する受光素子の受光信号、例えば奇数番目に位置する受光素子のバーニア波形（受光信号）と偶数番目に位置する受光素子のバーニア波形（受光信号）とは位相が略１８０度反転しており、１個おきの受光素子の受光信号、例えば奇数番目に位置する受光素子同士の受光信号又は偶数番目に位置する受光素子同士の受光信号は同位相となる。つまり、バーニア波形の包絡線は、奇数番目に位置する受光素子の画素値間を結ぶ、あるいは、偶数番目に位置する受光素子の画素値間を結ぶことにより抽出することができる。
【００５２】
バーニア波形は、格子部２１の中央部でより整った周期性形状をしており、格子部２１の両端部では周期性形状がやや崩れている。したがって、バーニア波形は、基準透光部２０を透過した光の受光信号から移動スケール１６の受光方向に向かって数えて奇数番目の受光素子での受光信号の包絡線と、偶数番目の受光素子での受光信号の包絡線との交点が少なくとも３つあるように、格子部２１における配列ピッチｐ２と受光素子の配列ピッチｐ１との関係及び格子部２１の配列方向長さ（格子部２１のパターン配列数）を調整し、格子部２１の中央部に対応する約半周期分あるいは約一周期分の受光信号に基づいて位相信号を検出することが好ましい。
【００５３】
図７は、ラインセンサ１３が読み取った受光信号を例示するグラフである。図７は、５つの基準透光部２０、２０、・・・に相当する受光信号と、４つの格子部２１、２１、・・・に相当する受光信号を示しており、スタートビットに相当する単パルス波形とバーニア波形とからなる４組のデータを示している。本実施の形態１では、スタートビット（基準透光部２０）に相当する単パルス波形と、対応するバーニア波形（格子部２１に対応する受光信号）との組を移動スケール１６とラインセンサ１３との相対変位にかかわらず少なくとも３組が得られるように移動スケール１６のパターン長と受光素子列の長さ（受光素子数）とを設定している。そして、移動スケール１６とラインセンサ１３との相対変位が所定の状態になった時のみ、図７に示すような単パルス波形とそれに対応するバーニア波形との組を４組得られるように設定している。
【００５４】
単パルス波形とバーニア波形との組を４組得られる状態においては、各スタートビットに対応するラインセンサ１３上でのピーク位置を４個得ることができ、対応するバーニア波形も４個得ることができることから、それぞれのピーク位置を対応するバーニア波形の位相に基づいて補正し、４個のピーク位置をサブピクセル単位で決定することができる。これにより、３個のピーク位置がサブピクセル単位で認識できている場合に比べ、ラインセンサ１３の受光素子配列方向に沿ってより広い範囲の受光素子に基づいてキャリブレーションによる補正が可能となるため、測定精度を高める効果を奏する。
【００５５】
なお、本実施の形態１では、単パルス波形とバーニア波形との組数が通常３組で相対変位が所定状態の時のみ４組となるように設定されているが、特にこの組数に限定されるものではなく、移動スケール１６とラインセンサ１３との相対変位が所定状態の時のみ通常の組数よりも１多い組数となるように移動スケール１６のパターン長と受光素子列の長さ（受光素子数）とを設定すれば良い。
【００５６】
図７における隣接するスタートビット間の距離ｓ１〜ｓ４は一意の値であり、基準透光部２０、２０、・・・の絶対位置に対応付けられている。本実施の形態１では、隣接するスタートビット間の距離は、受光素子間の配列ピッチ単位で変化させており、各スタートビットに対応したバーニア波形を利用することなく、例えばスタートビット（単パルス波形）として認識できた波形の中から所定数の受光素子を選択し、選択された受光素子の受光量を用いて２次補間等の所定の関数により補間することでスタートビットを示す単パルス波形を再現することができる。再現された単パルス波形の受光量が極大値となる位置をサブピクセル単位で算出して、隣接するスタートビット間の距離から一意のスタートビットを特定することができる。
【００５７】
本実施の形態１では、ラインセンサ１３の受光素子の配列ピッチｐ１が２５．０μｍであるため、隣接するスタートビット間の距離は、一意の値が２５．０μｍ刻みで設定されている。また、少なくともスタートビットを４個得ることができるように移動スケール１６のパターン長と受光素子列の長さ（受光素子数）とを設定することにより、いずれか一のスタートビットを、例えば電気的なノイズ等により正しく得ることができなかった場合であっても、他の隣接するスタートビット間の距離に基づいて復元することができる。
【００５８】
図７の例では、例えば一番左のスタートビットを正しく得ることができなかった場合、ｓ２とｓ３とは得ることができるので、一番左のスタートビット位置を復元することができ、同様に、左から２番目のスタートビットを正しく得ることができなかった場合、ｓ３を得ることができるので左から２番目のスタートビット位置を復元することができる。ここで、４個目のバーニア波形が不完全であっても問題がないことから、スタートビットに相当する単パルス波形とそれに対応するバーニア波形との組数が通常３組で相対変位が所定状態の時のみ４組となるように設定されている状態と、少なくともスタートビットを４個得ることができる状態とは両立することは言うまでもない。
【００５９】
また、各基準透光部２０の絶対位置とは、例えば０番目（移動スケール１６に形成されたパターンのうち最も端に位置する基準透光部２０であって、図７の例では、左方向に対応する端の基準透光部２０）の基準透光部２０を基準とした場合の各基準透光部２０までの距離である。本実施の形態１では、接触子１２が押し込まれるにつれ、図７で示される受光波形は、右側にシフトするように構成されている。したがって、最も接触子１２を押込んだ状態で０番目〜４番目のスタートビットがラインセンサ１３上に投影され、最も接触子１２を引き伸ばした状態で６番目〜８番目のスタートビットがラインセンサ１３上に投影されるように構成されている。
【００６０】
例えば０番目から順に、１８．０００ｍｍ、１５．０７５ｍｍ、１２．０００ｍｍ、９．０５０ｍｍ、６．０００ｍｍ、３．０２５ｍｍ、０．０００ｍｍ、・・・というように設定されており、隣接するスタートビット間の距離は、一受光素子当たり一画素とすると、２．９２５ｍｍ（１１７画素相当）、３．０７５ｍｍ（１２３画素相当）、２．９５０ｍｍ（１１８画素相当）、３．０５０ｍｍ（１２２画素相当）、８．９７５ｍｍ（１１９画素相当）、３．０２５ｍｍ（１２１画素相当）、・・・となるように設定されている。図７では、２番目から６番目のスタートビットがラインセンサ１３上に投影されている例を示しているが、移動スケール１６とラインセンサ１３との相対変位により、Ｎ番目からＮ＋３番目あるいはＮ番目からＮ＋４番目のスタートビットがラインセンサ１３上に投影される。
【００６１】
各スタートビット（基準透光部２０）と抽出すべきバーニア波形（格子部２１）までの距離は予め定められており、本実施の形態１ではスタートビット（基準透光部２０）によらず、一定値となっている。具体的には、スタートビットのピーク位置に対応する受光素子から受光素子４０個目（１．０００ｍｍ）〜８８個目（２．２００ｍｍ）を抽出して位相信号を求めている。なお、電気的ノイズによりスタートビットの一つが正しく読み取ることができなかった場合であっても、他の正しく読み取ることができたスタートビットから読み取ることができなかったスタートビットの位置（ピーク位置）を受光素子単位（画素単位）で復元することが可能であり、電気的ノイズによりスタートビットの一つが正しく読み取ることができなかった組のバーニア波形の抽出は、復元されたスタートビット位置に基づいて実行される。
【００６２】
抽出されたバーニア波形から位相信号を求め、求まった位相信号に基づいてスタートビット（基準透光部２０）のラインセンサ１３上でのピーク位置をサブピクセル単位で決定する。これにより、ラインセンサ１３上での基準となる受光素子からの相対位置が分かる。基準透光部２０の絶対位置とラインセンサ１３上での基準となる受光素子からの相対位置との双方を算出することができ、両者を加算することにより変位を測定することができる。
【００６３】
本実施の形態１では、少なくとも３組の単パルス波形とバーニア波形とを抽出することができるが、いずれの組でも最終的に得られる変位、すなわち基準透光部２０の絶対位置と、ラインセンサ１３上での基準となる受光素子からの相対位置との加算により得られる変位は略同一になる。そこで、本実施の形態１では、接触式変位計１０は、各組で得られた各変位に基づいて得られる変位、例えば各組で得られた変位の平均値、中央値等の電気的ノイズ、光学的なバラツキ等を緩和するような代表値を変位として出力している。
【００６４】
図８は、ラインセンサ１３と移動スケール１６との位置関係、及び各受光素子の受光量と位相信号とを示す模式図である。本実施の形態１では、基準透光部２０の幅は受光素子２個分の長さとなるように調整されている。これにより、基準透光部２０に対応するラインセンサ１３上の受光波形、すなわち単パルス波形は、受光素子５個分以上にまたがって投影され、その波高値も、格子部２１に対応する受光波形であるバーニア波形と略同一である。また、格子部２１の透光部一つ分の長さは、受光素子一個分の長さよりもわずかに短くなり、格子部２１の透光部のピッチは、奇数番目の受光素子同士あるいは偶数番目の受光素子同士のピッチよりもわずかに短い。
【００６５】
図８（ａ）〜図８（ｆ）では、各受光素子が受け取る受光信号の受光量を相対的に７段階で示している。図８（ａ）では、基準透光部２０の中心がラインセンサ１３の受光素子の中心と一致するように配置されており、図８（ｂ）〜図８（ｆ）になるにつれ、移動スケール１６がラインセンサ１３に対して右側にシフトしており、図８（ｃ）では、基準透光部２０の中心がちょうどラインセンサ１３の受光素子の境界部分と一致する様子を示している。図８（ａ）では、基準透光部２０の中心がラインセンサ１３の９番目の受光素子の中心と一致している場合、例えばラインセンサ１３の４９番目〜６２番目の受光素子の受光量をバーニア波形として抽出する。
【００６６】
バーニア波形の各受光量は、例えば奇数番目の受光素子のみに着目して、受光素子の配列ピッチを２５．０μｍとすると、４９番目の受光素子から順に、７、５、３、１、２、４、６、７、・・・という数値が周期的に繰り返される。受光量「１」に着目した場合、図８（ａ）〜図８（ｆ）になるつれ、「１」となる位置が右にシフトしていくことが分かる。この性質を利用して、５５番目の受光素子の受光量が「１」である場合、位相が０、すなわち相対位置補正値が０．００μｍとなるように定義し、４９番目の受光素子の受光量が「１」である場合、−１８．７５μｍ、同様に、５１番目の受光素子の位置、５３番目の受光素子の位置、・・・がそれぞれ、−１２．５μｍ、−６．２５μｍ、０．００μｍ、６．２５μｍ、１２．５μｍ、１８．７５μｍ、・・・となるように定義している。この例は、模式的に表現しているだけであり、離散フーリエ変換により位相を求める場合には、より細かな相対位置補正値を求めることが可能であり、上述の「１」のように、位相の不連続点が隣接する受光素子内に存在するように定義すれば良い。
【００６７】
次に、基準透光部２０の中心がラインセンサ１３の９番目の受光素子と１０番目の受光素子との間に存在している図８（ｂ）〜図８（ｄ）の場合について説明する。この場合、基準透光部２０の中心（スタートビットのピーク位置）を単パルス波形の受光量のみで決定するので、スタートビットのピーク位置の検出精度があまり高くなく、スタートビットのピーク位置が９番目の受光素子であると認識する可能性と、１０番目の受光素子であると認識してしまう可能性がある。スタートビットのピーク位置が９番目の受光素子であると認識した場合には、上述と同じ処理となり、受光量「１」を受光する受光素子に応じて相対位置補正値を算出する。一方、スタートビットのピーク位置が１０番目の受光素子であると認識した場合、９番目の受光素子であると認識した場合と同じ処理をしてしまうと、５０番目〜６３番目の受光素子の受光量をバーニア波形として抽出することになり、受光量「１」を受光する受光素子に応じて相対位置補正値を算出した場合、位相の不連続点が存在するばかりか、実際と異なる相対位置補正値を算出することになる。
【００６８】
そこで、スタートビットのピーク位置が１０番目の受光素子であると認識した場合には、受光量「１」に換えて受光量「７」に着目する。この場合、上述の受光量「１」に着目した場合と同様に、５１番目の受光素子の位置、５３番目の受光素子の位置、・・・がそれぞれ、相対位置補正値として−１８．７５μｍ、−１２．５μｍ、−６．２５μｍ、０．００μｍ、６．２５μｍ、１２．５μｍ、１８．７５μｍ、・・・を示すように定義すれば良い。また、５０番目〜６３番目の偶数番目の受光素子のみに着目した場合、受光量「１」に着目することで、上述と同じように相対位置補正値を定義することができる。
【００６９】
なお、受光素子の配列ピッチｐ１が２５μｍである場合、相対位置補正値としては−１２．５μｍ〜１２．５μｍと表現することができるが、上述のように隣接する受光素子の一部を含むように相対位置補正値を設定することができる。これにより、例えば図８（ｃ）の場合に、スタートビットのピーク位置が９番目の受光素子であると認識した場合には、相対位置は９番目×２５．０μｍ／一受光素子＋相対位置補正値＝２３１．２５μｍとなり、スタートビットのピーク位置が１０番目の受光素子であると認識した場合には、相対位置は１０番目×２５．０μｍ／一受光素子＋相対位置補正値＝２３１．２５μｍとなるため、相対位置を正しく算出することができる。
【００７０】
また、スタートビットのピーク位置が奇数番目の受光素子であるか、偶数番目の受光素子であるかにより、バーニア波形の読取を変えることで、位相の不連続点が存在しないように設定できるので、相対位置を正しく算出することができる。
【００７１】
図９は、本発明の実施の形態１に係る接触式変位計１０のＣＰＵ１７ａの測定処理の手順を示すフローチャートである。図９において、接触式変位計１０のＣＰＵ１７ａは、基準透光部２０を通過した光の受光信号を取得する（ステップＳ９０１）。基準透光部２０を通過した光の受光信号は、上述した単パルス波形である。単パルス波形は、ラインセンサ１３の受光信号のうち所定のしきい値以上の波高値を有しており、受光素子の配列方向に沿って少なくとも受光素子３個以上連続して単調増加し、その後受光素子３個以上連続して単調減少する波形を取得したものである。これにより、バーニア波形と区別するとともに光学的ノイズ、電気的ノイズ等の影響を軽減している。
【００７２】
次にＣＰＵ１７ａは、単パルス波形として取得した受光信号のうち、極大値を示す位置をピーク位置として検出する（ステップＳ９０２）。ＣＰＵ１７ａは、検出された隣接するピーク位置間の距離を算出し（ステップＳ９０３）、メモリ１７ｂに記憶してある絶対位置変換テーブルを照会することにより、基準透光部２０の絶対位置を特定する（ステップＳ９０４）。具体的には、基準透光部２０、２０間の距離は全て一意の値であることから、距離に対応付けて基準透光部２０の絶対位置を記憶しておくことで、容易に基準透光部２０の絶対位置を特定することができる。
【００７３】
ＣＰＵ１７ａは、格子部２１を通過した光の受光信号（バーニア波形）を取得し（ステップＳ９０５）、取得した受光信号に基づいて、基準透光部２０のラインセンサ１３に対する相対位置を特定する（ステップＳ９０６）。ＣＰＵ１７ａは、特定された絶対位置及び相対位置に基づいて、接触子１２の変位を算出する（ステップＳ９０７）。
【００７４】
なお、基準透光部２０の配列方法は、図４に例示したように、隣接する基準透光部２０、２０間の距離が単調増加するよう構成しても良いが、移動スケール１６の変位量が大きくなるほど基準透光部２０、２０間の距離が大きくなるため、ラインセンサ１３が一度に読み取ることができるスタートビットに相当する受光信号とバーニア波形との組み合わせが少なくなる。
【００７５】
図１０は、本発明の実施の形態１に係る接触式変位計１０に適用される移動スケール１６の他の例示図である。図１０に示すように、基準透光部２０、２０間の距離ｓが読み取り方向に対して単調増加しないように、互い違いに配列する。例えば、基準透光部２０、２０間の距離ｓの比が、ｓ１＝１００、ｓ２＝１０５、ｓ３＝１１０、ｓ４＝１１５、ｓ５＝１２０とすると、ｓ１→ｓ２→ｓ３→ｓ４→ｓ５と配列するのではなく、ｓ１→ｓ５→ｓ２→ｓ４→ｓ３というように、複数の組を入れ子にして配列する。
【００７６】
このように配列することで、基準透光部２０、２０間の距離が一定の周期で平均化されるように配列されるため、移動スケール１６の空間利用効率が高められる。したがって、ラインセンサ１３が最も多くの情報を読み取ることができる。
【００７７】
以上のように本実施の形態１によれば、スタートビットに相当する単パルス波形の検出間隔に基づいてスタートビットの絶対位置を特定し、バーニア波形から求めた位相信号に基づいて正確な相対位置を求めることができるので、接触子１２を速い速度で移動させた場合であっても絶対位置を確実に測定することが可能となる。
【００７８】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２に係る接触式変位計の構成を示すブロック図である。図１１は図１に示すブロック図において、移動スケール１６からラインセンサ１３に至る光路上に、一の方向に透光部と遮光部とが交互に略等間隔に配列された固定スケール３０が設けられている点のみが異なっている。固定スケール３０の遮光部によって結果的にラインセンサ１３に周期的な受光不感帯が形成される。したがって、受光素子は受光不感帯によって挟まれているため、一つの受光素子は常に一つの透光部を通過した光だけを受光することになる。
【００７９】
実施の形態１と同様に、測定値のばらつきを防止するために、本実施の形態２では、一の受光素子を下位側と上位側とに分割し、受光素子の下位側及び上位側として実施の形態１と同様に補正する。図１２は、受光素子の下位側及び上位側を用いるバーニア読み替えの原理の説明図である。
【００８０】
図１２では、受光素子の配列ピッチｐ１の半分の１２．５μｍにて分割し、サブピクセル補間を実行する。移動スケール１６の基準透光部２０が受光素子の４番目に位置している場合、配列ピッチｐ１が２５．０μｍであることから、測定値として４×２５．０＝１００．０μｍが出力される。
【００８１】
一方、スタートビットが上位側に位置すると判別した場合、測定値としてとりうる値は１００μｍ〜１１２．５μｍとなる。したがって、バーニアの読み取り値は０μｍ〜１２．５μｍの範囲となるはずである。
【００８２】
この場合に、バーニアの読み取り値が−１２．５μｍ近傍であるときには、本来スタートビットは受光素子の５番目に位置していると推定することができる。したがって、バーニアの読み取り値を−１２．５μｍ〜１２．５μｍではなく、以下のような読み替えを実行する。
【００８３】
スタートビットが、受光素子の上位側に位置すると判定した場合、−１２．５μｍ〜−１１．２５μｍを１２．５μｍ〜１３．７５μｍと読み替え、−１１．２５μｍ〜１３．７５μｍの補正を実行する。一方、スタートビットが、受光素子の下位側に位置すると判定した場合、１１．２５μｍ〜１２．５μｍを−１３．７５μｍ〜−１２．５μｍと読み替え、−１３．７５μｍ〜１１．２５μｍの補正を実行する。
【００８４】
このようにバーニアの読み取り値を、配列ピッチよりも短いピッチ（本実施の形態２では２０分の１ピッチ）分だけシフトさせて読み替えることにより、受光素子の境界近傍で桁上がりが生じることを回避することができ、１ピッチ分測定値がばらつくことを未然に防止することができる。
【００８５】
図１３は、ラインセンサ１３と移動スケール１６との位置関係、及び各受光素子の受光量と位相信号とを示す模式図である。本実施の形態２では、基準透光部２０の幅は受光素子１個分の長さとなっている。
【００８６】
図１３（ａ）〜図１３（ｆ）では、各受光素子が受け取る受光信号の受光量を相対的に７段階で示している。図１３（ａ）では、基準透光部２０の中心が固定スケール３０の遮光部の中心と一致するように配置されており、図１３（ｂ）〜図１３（ｆ）になるにつれ、移動スケール１６がラインセンサ１３に対して右側にシフトしており、図１３（ｃ）では、基準透光部２０の中心が固定スケール３０の遮光部と透光部との境界部分と一致する様子を示している。図１３（ａ）では、基準透光部２０の中心がラインセンサ１３の９番目の受光素子と１０番目の受光素子との境界部分と一致している場合、例えばラインセンサ１３の４９番目〜５５番目の受光素子の受光量をバーニア波形として抽出する。
【００８７】
バーニア波形の各受光量は、受光素子の配列ピッチｐ１を２５．０μｍとすると、４９番目の受光素子から順に、７、５、３、１、２、４、６、７、・・・という数値が周期的に繰り返される。受光量「１」に着目した場合、図１３（ａ）〜図１３（ｆ）になるつれ、「１」となる位置が右にシフトしていくことが分かる。この性質を利用して、５５番目の受光素子の受光量が「１」である場合、位相が０、すなわち相対位置補正値が０．００μｍとなるように定義し、４９番目の受光素子の受光量が「１」である場合、−１８．７５μｍ、同様に、５０番目の受光素子の位置、５１番目の受光素子の位置、・・・がそれぞれ、−１２．５μｍ、−６．２５μｍ、０．００μｍ、６．２５μｍ、１２．５μｍ、１８．７５μｍ、・・・となるように定義している。この例は、模式的に表現しているだけであり、離散フーリエ変換により位相を求める場合には、より細かな相対位置補正値を求めることが可能であり、上述の「１」のように、位相の不連続点が隣接する受光素子内に存在するように定義すれば良い。
【００８８】
次に、基準透光部２０の中心が固定スケール３０の透光部に存在している図１３（ｃ）〜図１３（ｅ）の場合について説明する。この場合、基準透光部２０の中心（スタートビットのピーク位置）を単パルス波形の受光量のみで決定するので、スタートビットのピーク位置の検出精度があまり高くなく、スタートビットのピーク位置が１０番目の受光素子の下位側であると認識する可能性と、１０番目の受光素子の上位側であると認識してしまう可能性がある。スタートビットのピーク位置が１０番目の受光素子の下位側であると認識した場合には、上述と同じ処理となり、受光量「１」を受光する受光素子に応じて相対位置補正値を算出する。一方、スタートビットのピーク位置が１０番目の受光素子の上位側であると認識した場合、１０番目の受光素子の下位側であると認識した場合と同じ処理をしてしまうと、５０番目〜５５番目の受光素子の受光量をバーニア波形として抽出することになり、受光量「１」を受光する受光素子に応じて相対位置補正値を算出した場合、位相の不連続点が存在するばかりか、実際と異なる相対位置補正値を算出することになる。
【００８９】
そこで、スタートビットのピーク位置が１０番目の受光素子の上位側であると認識した場合には、受光量「１」に換えて受光量「７」に着目する。この場合、上述の受光量「１」に着目した場合と同様に、５０番目の受光素子の位置、５１番目の受光素子の位置、・・・・がそれぞれ、相対位置補正値として−１８．７５μｍ、−１２．５μｍ、−６．２５μｍ、０．００μｍ、６．２５μｍ、１２．５μｍ、１８．７５μｍ、・・・を示すように定義すれば良い。また、５０番目〜５５番目の受光素子のみに着目した場合、受光量「１」に着目することで、上述と同じように相対位置補正値を定義することができる。
【００９０】
また、スタートビットのピーク位置が受光素子の下位側であるか、上位側であるかにより、バーニア波形の読取を変えることで、位相の不連続点が存在しないように設定できるので、相対位置を正しく求めることができる。
【００９１】
以上のように本実施の形態２によれば、スタートビットに相当する受光信号の検出間隔に基づいてスタートビットの絶対位置を特定し、バーニアの位相信号に基づいて正確な相対位置を求めることができるので、接触子を速い速度で移動させた場合であっても絶対位置を確実に測定することが可能となる。
【００９２】
なお、固定スケール３０を用いることなく受光不感帯を形成する場合、ラインセンサ１３に配列される受光素子同士が互いに離間して配列されているように構成しても良い。このようにしても、本実施の形態２と同様の効果を奏することができる。
【００９３】
なお、上述した実施の形態１及び２では、移動スケールを接触子に取り付けて移動させているが、相対位置を取得することができれば足りることから、たとえばラインセンサを接触子に取り付けて移動可能とし、スケール類をすべて固定としても同様の効果が期待できる。
【００９４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る接触式変位計の構成を示すブロック図である。
【図２】スタートビットの位置とラインセンサの受光素子との位置関係を示す模式図である。
【図３】奇数番目の受光素子及び偶数番目の受光素子を用いるバーニア読み替えの原理の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る接触式変位計の移動スケールの基準透光部の配列の例示図である。
【図５】一つの基準透光部及び格子部の透光部を通過した光のラインセンサにおける受光信号の例示図である。
【図６】スタートビットに相当する単パルス波形近傍を拡大した波形図である。
【図７】ラインセンサが読み取った受光信号を例示するグラフである。
【図８】ラインセンサと移動スケールとの位置関係、及び各受光素子の受光量と位相信号とを示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る接触式変位計のＣＰＵの測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る接触式変位計に適用される移動スケールの他の例示図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る接触式変位計の構成を示すブロック図である。
【図１２】受光素子の下位側及び上位側を用いるバーニア読み替えの原理の説明図である。
【図１３】ラインセンサと移動スケールとの位置関係、及び各受光素子の受光量と位相信号とを示す模式図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０  接触式変位計
１１  筐体
１２  接触子
１３  ラインセンサ
１４  発光素子
１６  移動スケール
１７  制御回路
１７ａ  ＣＰＵ
１７ｂ  メモリ
１７ｃ  入出力インターフェース
１８  操作部
１９  表示部
２０  基準透光部
２１  格子部
２２  遮光部
３０  固定スケール
【図１】
0005188229.tif 000002
【図２】
0005188229.tif 000003
【図３】
0005188229.tif 000004
【図４】
0005188229.tif 000005
【図５】
0005188229.tif 000006
【図６】
0005188229.tif 000007
【図７】
0005188229.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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